Analisis kesetimbangan energi pada pembangkit listrik

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-3
1
Analisis Kesetimbangan Energi Pada
Pembangkit Listrik Tenaga Gas. Studi Kasus
Pada PLTG Unit 1 PT Indonesia Power Unit
Bisnis Pembangkitan Pesanggaran Denpasar,
Bali
Radous Andhika Eka Paksi Harwinda dan Kadarisman
Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
[email protected]
Indonesia adalah negara yang sedang berkembang. Dalam
perkembangannya, listrik menjadi kebutuhan utama untuk
memenuhi kebutuhan masyarakat dan industri. Indonesia mulai
membangun
pembangkit-pembangkit
listrik,
disamping
meningkatkan efisiensi pembangkit-pembangkit yang sudah ada,
untuk dapat memenuhi kebutuhan listrik yang meningkat.
Peningkatan efisiensi energi dapat mengurangi jumlah energi yang
terbuang sehingga dapat mengurangi biaya yang dikeluarkan.
Analisis kesetimbangan energi dilakukan dengan analisis
termodinamika dan penerapan standar ASME PTC-22 mengenai
turbin gas. Analisis termodinamika dilakukan untuk mengetahui
kinerja dan efisiensi PLTG sedangkan standar ASME PTC-22
digunakan untuk menganalisis kerugian-kerugian yang terjadi
pada batas sistem PLTG. Variasi bahan bakar dilakukan dengan
mengganti jenis bahan bakar menggunakan Marine Fuel Oil,
Heavy Fuel Oil dan Natural Gas. Hasil perhitungan dari
penggantian bahan bakar ini dibandingkan dengan hasil
perhitungan dari kondisi pada saat ini, yaitu pembangkitan dengan
menggunakan bahan bakar High Speed Diesel.
Dengan adanya variasi bahan bakar, didapatkan bahwa bahan
bakar HSD menghasilkan efisiensi sebesar 26.42% dengan laju alir
massa bahan bakar 14305.4 lb/hr dan heat loss 33.92 MW, bahan
bakar MFO menghasilkan efisiensi sebesar 52.56% dengan laju
alir massa bahan bakar 8577.39 lb/hr dan heat loss 3.91 MW,
bahan bakar HFO menghasilkan efisiensi sebesar 41.44% dengan
laju alir massa bahan bakar 9175.89 lb/hr dan heat loss 13.71 MW,
bahan bakar NG menghasilkan efisiensi sebesar 69.24% dengan
laju alir massa bahan bakar 5418.92 lb/hr dan heat loss 5.72 MW.
Kata Kunci — analisis kesetimbangan energi, ASME PTC-22,
efisiensi energi, pembangkit listrik tenaga gas
I. PENDAHULUAN
kesetimbangan energi dapat diartikan sebagai
ANalisis
proses untuk mengevaluasi sebuah sistem terkait dengan
penggunaan energi dan melakukan optimalisasi untuk
mengurangi konsumsi bahan bakar.
.
Gambar. 1. Komponen-komponen PLTG
PLTG ( Pembangkit Listrik Tenaga Gas ) adalah
salah satu jenis pembangkit listrik yang banyak digunakan di
Indonesia. Bagian-bagian utama pada sistem PLTG adalah
kompresor, ruang bakar, dan turbin gas. Kompresor berfungsi
untuk mengkompresikan udara sekitar sebagai fluida kerjanya.
Udara yg dikompresikan akan masuk ruang bakar dan
kemudian dibakar menggunakan bahan bakar. Bahan bakar
yang digunakan pada umum nya adalah gas alam maupun
HSD ( high Speed Diesel ). Gas hasil pembakaran akan
masuk ke turbin gas yang terhubung dengan generator untuk
membangkitkan energi listrik. Kinerja dari suatu pembangkit
listrik dapat dilihat dari nilai effisiensi thermal nya. Semakin
besar effisiensi thermal, maka kinerja pembangkit tersebut
semakin baik. Begitu juga dengan kerugian-kerugian yang
terjadi selama proses, semakin kecil nilai heat loss nya maka
semakin bagus kinerja dari pembangkit tersebut. Audit energi
ini bertujuan untuk mendapatkan nilai effisiensi thermal dari
pembangkit serta nilai heat loss yang terjadi selama proses
produksi berlangsung. Setelah didapatkan nilai-nilai tersebut,
maka dilakukan upaya optimalisasi untuk meningkatkan
effisiensi thermal dan meminimalisir kerugian-kerugian yang
terjadi selama proses berlangsung
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-3
II. URAIAN PENELITIAN
A. Dasar Teori
PLTG merupakan jenis pembangkit yang terdiri dari 3
komponen utama, yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin.
Kompresor ini terhubung dengan turbin pada satu poros
sehingga saling berhubungan satu sama lain. Kompresor
adalah suatu alat yang berfungsi mengkompresikan udara agar
memiliki tekanan yang tinggi saat masuk ruang bakar. Udara
yang dikompresikan berasal dari udara sekitar. Jenis
kompresor yang digunakan antara lain adalah kompresor axial
dan kompresor sentrifugal. Ruang bakar pada PLTG ini terdiri
dari beberapa bagian, antara lain combustion chamber,
combustion liners, fuel nozzle, ignitors, transition pieces,
cross fired tubes, dan flame detector. Gas hasil pembakaran ini
digunakan untuk memutar turbin gas yang terhubung dengan
generator untuk membangkitkan listrik.
B. ASME PTC 22
ASME PTC 22 adalah sebuah standar pengujian kinerja
pada pembangkit listrik tenaga gas siklus terbuka dan mesinmesin turbin gas.Tujuan dari standar ini adalah untuk
menentukan thermal performance pada saat turbin gas
dioperasikan dengan kondisi pengujian dan mengoreksi hasil
pengujian sesuai deengan referensi kondisi yang telah
ditentukan. Pengujian ini juga akan mendapatkan hasil berupa
kerugian-kerugian yang terjadi pada pembangkit ini yang
berupa:
1. Kerugian pada Generator
2. Kerugian pada Gearbox
3. Kerugian tetap
4. Kerugian variabel
Pengujian ini membutuhkan data-data operasi pembangkit
seperti pada tabel berikut.
1
2
3
4
5
6
7
Tabel 1. Pengukuran yang dibutuhkan
Daya dan Laju
Aliran Buang, Energi,
Aliran Energi
Perpindahan Panas
dan Temperatur
Udara
Tekanan,
Tekanan, temperature,
Masukan
temperatur,
kelembapan
kelembapan
Bahan Bakar
Temperatur, aliran, Temperatur, aliran,
komposisi, tekanan komposisi, tekanan
Injeksi Fluida
Temperatur, aliran, Temperatur, aliran,
tekanan
tekanan
Gas Buang
Tekanan,
Temperatur
temperatur
Daya
Daya keluaran
Daya keluaran kotor,
bersih, power
power factor
factor
Udara Ceratan Aliran
Temperatur, aliran
Kerugian
Aliran, temperature
Panas
C. Mekanisme Perhitungan
Perhitungan dilakukan berdasarkan ASME PTC 22 dan
analisa thermodinamika Perhitungan ASME untuk mengetahui
2
property dari fluida kerja, untuk kemudian akan mendapatkan
besarnya kerugian-kerugian yang terjadi selama proses
pembangkitan. Properti ini juga akan digunakan untuk
menghitung efisiensi thermal sistem dengan menggunakan
prinsip thermodinamika Brayton Cycle. Data-data awal yang
akan diolah didapatkan dari data operasi yang berupa data
Logsheet yang terdapat di Control Room unit pembangkit.
III. GRAFIK
Perhitungan yang dilakukan akan menghasilkan data
berupa efisiensi thermal dan juga kerugian-kerugian yang ada
pada pembangkit selama kurun waktu penelitian. Data-data
hasil perhitungan tersebut dapat ditampilkan dalam grafik
berikut ini.
Gambar. 2. Grafik Efisiensi Thermal PLTG Unit 3 Bulan November 2011
Gambar. 3. Grafik Total Kerugian Panas PLTG Unit 3 Bulan Desember
2011 dengan variasi bahan bakar
Gambar. 4. Grafik Kerugian Panas PLTG Unit 3 Bulan Desember 2011
dengan variasi Pembebanan Generator
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-3
3
[4]
Berdasarkan grafik diatas, maka dapat diketahui berapakah
efisiensi thermal dan kerugian panas harian maupun rata-rata
yang terjadi pada bulan desember 2011 pada PLTG unit 3.
Angka yang dihasilkan ini dapat dianalisis dengan melihat
data-data operasi harian nya, apakah ada hal-hal diluar batas
normal atau kewajaran yang terjadi yang menyebabkan grafik
ini berfluktuasi.
IV. OPTIMALISASI SISTEM
Optimalisasi dilakukan untuk meningkatkan performansi
sistem dan mengurangi kerugian-kerugian panas yang terjadi
pada sistem. Optimalisasi yang dilakukan pada penelitian ini
adalah sebagai berikut.
Optimalisasi ini dilakukan dengan memvariasikan jenis
bahan bakar yang digunakan pada ruang bakar. Dengan
melakukan perhitungan yang sama, maka didapatkan grafik
diatas. Alternatif lain yang dapat dilakukan adalah dengan
melakukan variasi pembebanan generator, yang menghasilkan
grafik sebagai berikut.
V. KESIMPULAN
Dari Penelitian yang dilakukan, didapatkan besarnya
efisiensi thermal dan kerugian panas yang terjadi selama
kurun waktu penelitian. Penelitian ini juga meliputi peluang
optimalisasi melalui variasi bahan bakar dan pembebanan
generator. Optimalisasi yang dilakukan pada penelitian ini
hanya berdasarkan karakteristik macam-macam bahan bakar,
serta pembebanan generator dengan asumsi-asumsi tertentu.
Sehingga, pada penelitian selanjutnya, dapat dilakukan dengan
mempertimbangkan penggantian ruang bakar yang sesuai,
perubahan-perubahan yang meliputi laju alir bahan bakar dan
specific fuel consumption, serta melakukan analisa biaya.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis RH, mengucapkan banyak terima kasih kepada
Bapak Kadarisman sebagai dosen pembimbing yang telah
memberikan banyak masukkan dan bimbingan kepada penulis
dalam menyelesaikan tugas akhir. Penulis juga mengucapkan
banyak terima kasih kepada Bapak Ary Bachtiar, Bapak
Bambang Sudarmanta, dan Bapak Isbunyamin sebagai dosen
pembahas tugas akhir menulis.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
A. Argiriou, A. Gaglia, C. Balaras, E. Dascalaki, & M. Santamouris.
1992. “Energi Performance and Energi Consevation In Health Care
Buildings In Hellas”
[2] Dwivedi, Manish ; Prakash Srivastava, Amit & Raja, A.K. 2006. “Power
Plan Engineering”. New Delhi : New Age International (P) Ltd
[3] Hamdi, Edi . 2008. “Gas Turbine: Introduction and Brief Technical
Evaluation Guidelines”
J.Moran, Michael ; P.DeWitt, David & Saphiro, Howard. 2003.
“Introduction to Thermal Systems Engineering”. New York : John
Willey & Sons, Inc
[5] Kiameh, Phillip. 2002. “Power Generation Handbook : Selection,
Applications, Operations and Maintenance”. England : McGraw-Hill
Companies
[6] O’Callaghan, Paul W. 1993. “Energy Management”. England :
McGraw-Hill Book Company
[7] P. Boyce, Meherwan. 2006. “Gas Turbine Engineering Handbook” .
Oxford : Elsevier Inc
[8] Robintang Siahaan, Bonar M. 2009. “perancangan turbin gas penggerak
generator pada instalasi pltg dengan putaran 3000 rpm dan daya
terpasang generator 132 MW”. Medan : Teknik Mesin Universitas
Sumatera Utara
[9] Thumann, Albert & Younger, William. 2003. “The Handbook of Energy
Audits 6th Edition”. Georgia : The Fairmont Press
[10] Zainal M, Aan. 2011. “Audit Energi Pada Boiler. Studi Kasusu Akibat
Perubahan Bahan Bakar Jenis High Rank Coal ke Low Rank Coal Pada
Salah Satu Pembangkit Listrik di Jawa Timur Dengan Kapasitas
Terpasang 2x400 MW”. Surabaya : Teknik Mesin ITS